CN210894855U - 一种增强现实光学模组及增强现实设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种增强现实光学模组及增强现实设备。该增强现实光学模组包括第一透镜、第二透镜及第三透镜组，第一透镜和第二透镜对可见光具有半透半反的作用；增强现实光学模组出射光的光轴沿第一方向；第一透镜的延伸方向沿第二方向，第一方向和第二方向垂直，第二透镜与第一透镜具有第一夹角；图像源发出的光线经过第三透镜组透射后，入射至第一透镜的第一表面发生反射，反射光入射至第二透镜的第一表面再次发生反射，二次反射光入射至第一透镜发生透射，形成成像光线；环境光依次经过第二透镜和第一透镜透射后出射，与成像光线叠加。本实用新型实施例的技术方案，可以有效消除环境光引起的干扰，提高用户体验。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及增强现实技术，尤其涉及一种增强现实光学模组及增强现实设备。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，“AR”)技术是一种利用投影系统产生虚拟图像以及真实世界的信息叠加来增加用户对现实世界感知的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。AR技术可广泛应用到军事、医疗、建筑、教育、工程、影视、娱乐等诸多领域。
现有的增强现实光学模组，一般包括两片半透半反透镜和一个第三透镜组，其中靠近人眼一侧的半透半反透镜一般与模组出射光的光轴呈45°夹角，在应用时，由于该半透半反透镜倾斜设置，其下方入射的环境光线也会照射到该半透半反透镜，被反射后进入人眼成像，产生干扰，导致用户体验下降。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的是提供一种增强现实光学模组及增强现实设备，该增强现实光学模组可以有效消除环境光引起的干扰，提高用户体验。
第一方面，本实用新型实施例提供一种增强现实光学模组，用于使图像源发出的光线与环境光叠加形成增强现实图像，包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜组，所述第一透镜和所述第二透镜对可见光具有半透半反的作用；
所述增强现实光学模组出射光的光轴沿第一方向；
所述第一透镜的延伸方向沿第二方向，所述第一方向和所述第二方向垂直，所述第二透镜与所述第一透镜具有第一夹角；
所述图像源发出的光线的传输路径为：
所述图像源发出的光线经过所述第三透镜组透射后，入射至所述第一透镜的第一表面发生反射，反射光入射至所述第二透镜的第一表面再次发生反射，二次反射光入射至所述第一透镜发生透射，形成成像光线；
所述环境光的传输路径为：
环境光依次经过所述第二透镜和所述第一透镜透射后出射，与所述成像光线叠加。
可选的，所述第一透镜为平板分光反射镜。
可选的，所述第二透镜为球面分光反射镜或非球面分光反射镜。
可选的，所述第一夹角大于0°，小于或等于45°。
可选的，所述第一透镜的第一表面为平面，所述平面镀有半透半反膜。
可选的，所述第二透镜的第一表面镀有半透半反膜。
可选的，所述第三透镜组包括至少一片透镜。
可选的，还包括处方镜片，所述处方镜片位于所述第一透镜背离所述第二透镜的一侧。
可选的，所述处方镜片贴附于所述第一透镜背离所述第二透镜的一侧表面。
可选的，与所述第一透镜的第一表面相对的表面为第二表面；
所述第二表面为带有非零屈光度的曲面。
第二方面，本实用新型实施例还提供一种增强现实设备，包括显示屏以及上述任意一种增强现实光学模组；
所述增强现实光学模组的第三透镜组位于所述显示屏的出光侧。
可选的，所述显示屏包括液晶显示屏或有机发光显示屏。
本实用新型实施例提供的增强现实光学模组，包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜组，第一透镜和第二透镜对可见光具有半透半反的作用；增强现实光学模组出射光的光轴沿第一方向；第一透镜的延伸方向沿第二方向，第一方向和第二方向垂直，第二透镜与第一透镜具有第一夹角；通过设置第一透镜的延伸方向与增强现实光学模组出射光的光轴方向垂直，可以避免从增强现实光学模组下方入射的干扰光线经过第一透镜反射后进入人眼，从提升模组的抗干扰性能；图像源发出的光线经过第三透镜组透射后，入射至第一透镜的第一表面发生反射，反射光入射至第二透镜的第一表面再次发生反射，二次反射光入射至第一透镜发生透射，形成成像光线；环境光依次经过第二透镜和第一透镜透射后出射，与成像光线叠加，使图像源发出的光线与环境光叠加形成增强现实图像，而且该增强现实图像中无杂光干扰，人眼不会看到不需要的像，提升用户体验。
附图说明
图1是现有技术中一种增强现实光学模组的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种增强现实设备的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的另一种增强现实设备的结构示意图；
图4是本实用新型实施例提供的又一种增强现实光学模组的结构示意图；
图5是本实用新型实施例提供的又一种增强现实光学模组的结构示意图；
图6是本实用新型实施例提供的又一种增强现实光学模组的结构示意图；
图7是本实用新型实施例提供的一种增强现实设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。需要注意的是，本实用新型实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实用新型实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
图1所示为现有技术中一种增强现实光学模组的结构示意图。参考图1，该增强现实光学模组包括第一半透半反透镜1、第二半透半反透镜2和第三透镜3，用于使显示屏4发出的光线和环境光叠加产生增强现实效果。其基本原理为：显示屏4发出的光线经过第三透镜3后照射到第一半透半反透镜1上，由第一半透半反透镜1反射至第二半透半反透镜2，第二半透半反透镜2再次反射，然后透过第一半透半反透镜1后射入人眼5；环境光直接透过第二半透半反透镜2和第一半透半反透镜1射入人眼5，在视网膜上成像。从而将显示屏4产生的虚拟图像叠加在真实环境中，形成增强现实效果。其中，图1中箭头仅是示意性表示光光线的传播方向，实际光线传输时由于透镜折射等作用会出现偏折，图1中未示出。参考图1，由于第一半透半反透镜1倾斜放置，增强现实光学模组下方的环境光线入射到第一半透半反透镜1发射反射后入射到人眼，会形成干扰图像，影响增效现实的成像效果。
为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种增强现实光学模组。图2所示为本实用新型实施例提供的一种增强现实光学模组的结构示意图，该增强现实光学模组用于使图像源100发出的光线与环境光叠加形成增强现实图像，包括第一透镜10、第二透镜20以及第三透镜组30，第一透镜10和第二透镜20对可见光具有半透半反的作用；增强现实光学模组出射光的光轴a沿第一方向x；第一透镜10的延伸方向沿第二方向y，第一方向x和第二方向y垂直，第二透镜20与第一透镜10具有第一夹角α；图像源100发出的光线的传输路径为：图像源100发出的光线经过第三透镜组30透射后，入射至第一透镜10的第一表面101发生反射，反射光入射至第二透镜20的第一表面201再次发生反射，二次反射光入射至第一透镜10发生透射，形成成像光线；环境光的传输路径为：环境光依次经过第二透镜20和第一透镜10透射后出射，与成像光线叠加。
可以理解的是，图像源100可以为显示屏，例如可以是液晶显示屏、有机发光显示屏等，用于提供虚拟的图像，图像源100的出光面朝向第三透镜组30，第三透镜组30可以用于放大图像源100输出的图像，可选的，第三透镜组30包括至少一片透镜。示例性的，图2中所示的第三透镜组30包括两片凸透镜，分别为透镜31和透镜32。在其他实施例中，第三透镜组30可以包括一个透镜或多个透镜形成的组合，以达到图像清晰度的要求，本实用新型实施例对具体第三透镜组30的结构不作限定，以下实施例均以第三透镜组30包括两个透镜为例。第一透镜10和第二透镜20均为半透半反透镜，例如可以为50/50分光比的半透半反透镜。第三透镜组30出射的光线在第一透镜10的第一表面101发生反射，在第一透镜10和第二透镜20之间发生一次折返后再次入射至第一透镜10，发生透射后入射至人眼200，人眼200即可观察到图像源100的像。由于第一透镜10和第二透镜20对可见光具有半透半反作用，外界环境光入射到第二透镜20时会部分透射入射至第一透镜10，部分光线再次透射后入射至人眼200，人眼200可以观察到增强现实图像。本实施例中，由于第一透镜10竖直放置，增强现实光学模组下方的环境光不会通过第一透镜反射至人眼200，从而有效提高增强现实光学模组的抗干扰性能。
本实施例的技术方案，通过设置第一透镜的延伸方向与增强现实光学模组出射光的光轴方向垂直，可以避免从增强现实光学模组下方入射的干扰光线经过第一透镜反射后进入人眼，从提升模组的抗干扰性能；图像源发出的光线经过第三透镜组透射后，入射至第一透镜的第一表面发生反射，反射光入射至第二透镜的第一表面再次发生反射，二次反射光入射至第一透镜发生透射，形成成像光线；环境光依次经过第二透镜和第一透镜透射后出射，与成像光线叠加，使图像源发出的光线与环境光叠加形成增强现实图像，而且该增强现实图像中无杂光干扰，人眼不会看到不需要的像，提升用户体验。
在上述实施例的基础上，可选的，继续参考图2，第一透镜10为平板分光反射镜。
可以理解的是，在本实施例中，第一透镜10为竖直设置，通过设置第一透镜10为平板分光反射镜，平板分光反射镜将镜头出射的光线直接反射至第二透镜20，避免在光线转折时导致较大像差。
可选的，继续参考图2，第二透镜20为球面分光反射镜或非球面分光反射镜。
可以理解的是，图像源100发出的光线经过第三透镜组30透射以及第一透镜10反射后，不可避免会导致成像光线存在各种像差，通过设置第二透镜20为球面分光反射镜或非球面分光反射镜，可以校正光线传输时的像差，提高成像质量。
可选的，继续参考图2，第一夹角α大于0°，小于或等于45°。具体实施时，第一透镜10和第二透镜20之间的夹角大小可根据实际需求设置，本实用新型实施例对此不作限定。
图3所示为本实用新型实施例提供的另一种增强现实光学模组的结构示意图。参考图3，可选的，第一透镜10的第一表面101为平面，平面镀有半透半反膜110。
通过在第一透镜10的第一表面101镀半透半反膜110，可以提升增强现实光学模组的性能。
图4所示为本实用新型实施例提供的又一种增强现实光学模组的结构示意图。参考图4，可选的，第二透镜20的第一表面201镀有半透半反膜210。
可以理解的是，在其他实施例中，第一透镜的第一表面和第二透镜的第一表面可以均镀有半透半反膜，具体实施时可以根据实际需求设计。
图5所示为本实用新型实施例提供的又一种增强现实光学模组的结构示意图。参考图5，可选的，本实施例提供的增强现实光学模组还包括处方镜片40，处方镜片40位于第一透镜10背离第二透镜20的一侧。
可以理解的是，处方镜片40可以为正透镜(远视镜)或负透镜(近视镜)。示例性的，图5中示出的处方镜片40为负透镜。现有的增强现实光学模组，没有屈光度矫正的功能，要实现屈光度矫正，可以在人眼200和第一透镜10之间设置处方镜片40，现有技术中，由于第一透镜10倾斜设置，增加处方镜片会导致体积增加，导致便携性降低。本实施例中，由于第一透镜10竖直放置，设置处方镜片40时既可以适应各种视力的人群，又能保证模组的便携性能。
可选的，继续参考图5，处方镜片40贴附于第一透镜10背离第二透镜20的一侧表面。
示例性的，具体实施时，可以采用磁吸的方式，以使处方镜片40便于更换，匹配不同视力的人实用，具有更好的灵活性。
图6所示为本实用新型实施例提供的又一种增强现实光学模组的结构示意图。参考图5，可选的，与第一透镜10的第一表面101相对的表面为第二表面102；第二表面102为带有非零屈光度的曲面。
可以理解的是，图6所示的实施例中，将第一透镜10复用为处方镜片，可以匹配需要屈光度矫正的用户。需要说明的是，图6中所示的第二表面102为凹面仅是示意性的，第二表面102为凹面适用于近视用户，在其他实施例中，第二表面102还可以设计为凸面，以适用于远视用户。
需要说明的是，在其他实施例中，设置处方镜片的实施例可以与前述实施例中第一透镜和/或第二透镜设置半透半反膜的实施例结合，以得到更多的实施例，具体实施时可以根据实际情况设计增强现实光学模组的结构。
示例性的，表1所示为本实用新型实施例提供的一种增强现实光学模组各光学表面设计参数，该实施例对应图2所示的实施例，第二透镜采用非球面，其中序号0表示人眼200的入瞳面，1表示第一透镜100的第一表面，2表示光学断点，3表示第二透镜20的第一表面，4表示光学断点，5表示第一透镜10的第一表面，6表示光学断点，7表示第三透镜组30的中透镜31的前表面，8表示透镜31的后表面，9表示光学断点，10表示第三透镜组30中透镜32的前表面，11表示透镜32的后表面以及图像源100的出光面。
表1增强现实光学模组参数
| 表面序号 | 类型 | 曲率半径 | 厚度 | 半孔径 | 圆锥系数 | Y偏移 | X旋转偏移 |
| 0 | STANDARD | Infinity | Infinity | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 1 | STANDARD | Infinity | 25.0 | 4.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 2 | COORDBRK | Infinity | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.9 | 27.1 |
| 3 | XPOLYNOM | -58.3 | 0.0 | 12.9 | -1.7 | 0.0 | 0.0 |
| 4 | COORDBRK | Infinity | -5.8 | 0.0 | 0.0 | -0.9 | -27.1 |
| 5 | STANDARD | Infinity | 4.5 | 20.1 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 6 | COORDBRK | Infinity | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 15.7 | -53.2 |
| 7 | XPOLYNOM | 18.1 | 5.8 | 10.7 | 0.1 | 0.0 | 0.0 |
| 8 | STANDARD | -116.7 | 0.4 | 10.1 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 9 | COORDBRK | Infinity | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 5.3 |
| 10 | STANDARD | 19.2 | 3.1 | 7.3 | 4.8 | 0.0 | 0.0 |
图7所示为本实用新型实施例提供的一种增强现实设备的结构示意图。参考图7，本实施例提供的增强现实设备包括显示屏11以及上述实施例提供的任意一种增强现实光学模组12；增强现实光学模组12的第三透镜组位于显示屏11的出光侧。可选的，显示屏11包括液晶显示屏或有机发光显示屏。
其中，显示屏11还可以为硅基有机发光显示屏，硅基有机发光显示屏以单晶硅片为基底，像素尺寸约为传统显示器的1/10，具有功耗低、体积小、分辨率高等优点，非常适用于近距离观察的增强现实设备。
本实用新型实施例提供的增强现实设备，包括上述实施例提供的任意一种增强现实光学模组，具备相同或相应的技术效果，此处不再详述。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种增强现实光学模组，其特征在于，用于使图像源发出的光线与环境光叠加形成增强现实图像，包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜组，所述第一透镜和所述第二透镜对可见光具有半透半反的作用；
所述增强现实光学模组出射光的光轴沿第一方向；
所述第一透镜的延伸方向沿第二方向，所述第一方向和所述第二方向垂直，所述第二透镜与所述第一透镜具有第一夹角；
所述图像源发出的光线的传输路径为：
所述图像源发出的光线经过所述第三透镜组透射后，入射至所述第一透镜的第一表面发生反射，反射光入射至所述第二透镜的第一表面再次发生反射，二次反射光入射至所述第一透镜发生透射，形成成像光线；
所述环境光的传输路径为：
环境光依次经过所述第二透镜和所述第一透镜透射后出射，与所述成像光线叠加。
2.根据权利要求1所述的增强现实光学模组，其特征在于，所述第一透镜为平板分光反射镜。
3.根据权利要求1所述的增强现实光学模组，其特征在于，所述第二透镜为球面分光反射镜或非球面分光反射镜。
4.根据权利要求1所述的增强现实光学模组，其特征在于，所述第一夹角大于0°，小于或等于45°。
5.根据权利要求1所述的增强现实光学模组，其特征在于，所述第一透镜的第一表面为平面，所述平面镀有半透半反膜。
6.根据权利要求1所述的增强现实光学模组，其特征在于，所述第二透镜的第一表面镀有半透半反膜。
7.根据权利要求1所述的增强现实光学模组，其特征在于，所述第三透镜组包括至少一片透镜。
8.根据权利要求1～7任一所述的增强现实光学模组，其特征在于，还包括处方镜片，所述处方镜片位于所述第一透镜背离所述第二透镜的一侧。
9.根据权利要求8所述的增强现实光学模组，其特征在于，所述处方镜片贴附于所述第一透镜背离所述第二透镜的一侧表面。
10.根据权利要求1～7任一所述的增强现实光学模组，其特征在于，与所述第一透镜的第一表面相对的表面为第二表面；
所述第二表面为带有非零屈光度的曲面。
11.一种增强现实设备，其特征在于，包括显示屏以及权利要求1～10任一所述的增强现实光学模组；
所述增强现实光学模组的第三透镜组位于所述显示屏的出光侧。
12.根据权利要求11所述的增强现实设备，其特征在于，所述显示屏包括液晶显示屏或有机发光显示屏。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 201206 Shanghai, Pudong New Area, China (Shanghai) free trade zone, new Jinqiao Road, No. 13, building 2, floor 27 Patentee after: Shanghai Shiya Technology Co.,Ltd. Address before: 201206 Shanghai, Pudong New Area, China (Shanghai) free trade zone, new Jinqiao Road, No. 13, building 2, floor 27 Patentee before: Shanghai Shiou Photoelectric Technology Co.,Ltd. |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Vision Technology Co.,Ltd. Assignor: Shanghai Shiya Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2023310000037 Denomination of utility model: An augmented reality optical module and augmented reality device Granted publication date: 20200630 License type: Exclusive License Record date: 20230321 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Vision Technology Co.,Ltd. Assignor: Shanghai Shiya Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2023310000037 Date of cancellation: 20240319 |